居向明

摘要：三維實(shí)景建模技術(shù)建立三維實(shí)景模型，具有高逼真、高精度的優(yōu)勢(shì)，已愈來(lái)愈廣泛應(yīng)用于各行業(yè)。本文深入探討了利用Smart3D構(gòu)建三維實(shí)景模型的流程和方法，并結(jié)合自身實(shí)踐體會(huì)，針對(duì)空三失敗、模型失真等問(wèn)題，提出了具體解決辦法，為從事相關(guān)工作的同行提供了很好的參考借鑒。

關(guān)鍵詞：三維建模 Smart3D 空三解算 模型失真

目前，比較流行的實(shí)景三維建模軟件有街景工廠、Smart3D等，在此，本文結(jié)合Smart3D軟件三維建模的流程及應(yīng)注意的問(wèn)題作一深入探討。

1 Smart3d軟件

Smart3D是Bently公司研發(fā)的一款三維建模軟件，具有可視化、自動(dòng)化、效率高、費(fèi)用低、構(gòu)建模型更加直觀的特點(diǎn)。它可以進(jìn)行無(wú)人工干預(yù)的全自動(dòng)建模，支持多種數(shù)據(jù)源的處理及多種數(shù)據(jù)成果的輸出。

Smart3d軟件包括Master、Setting、Engine、Viewer等模塊。其中，Master是軟件的主控臺(tái)，負(fù)責(zé)創(chuàng)建任務(wù)、管理任務(wù)、監(jiān)視任務(wù)進(jìn)度等;Setting是一個(gè)中間媒介，主要是幫助Engine指向任務(wù)的路徑;Engine是引擎端，負(fù)責(zé)對(duì)Job Queue中的任務(wù)進(jìn)行處理，可以獨(dú)立于Master打開(kāi)或關(guān)閉;Viewer可視化瀏覽工具，支持本地或在線(xiàn)瀏覽生成的三維場(chǎng)景和模型。

2 Smart3d三維建模的流程

2.1創(chuàng)建工程

創(chuàng)建工程前，需進(jìn)行相關(guān)準(zhǔn)備工作，檢查影像清晰與否、POS數(shù)據(jù)正確與否、像控點(diǎn)數(shù)據(jù)符合精度要求與否等，按鏡頭將多視影像放置在不同的文件夾中，并保證文件夾的路徑為非中文路徑。完成準(zhǔn)備后，打開(kāi)主控臺(tái)Master，創(chuàng)建一個(gè)Block，并加載所有影像。

2.2刺點(diǎn)與空三解算

Smart3d軟件根據(jù)輸入的影像與POS數(shù)據(jù)，計(jì)算出每個(gè)像元的坐標(biāo)，通過(guò)自動(dòng)匹配生成多視影像的同名連接點(diǎn)，結(jié)合少量的像控點(diǎn)，進(jìn)行光束法區(qū)域網(wǎng)平差處理，最終生成空三報(bào)告。

具體操作時(shí)，需要進(jìn)行兩次空三解算，第一次選擇不少于3個(gè)能控制全局的像控點(diǎn)并刺點(diǎn)，則可提交空三解算。然后，根據(jù)預(yù)測(cè)的像控點(diǎn)位置，刺出所有像控點(diǎn)，再次提交空三解算?？杖馑阃瓿珊?，可以查看整個(gè)航帶的飛行情況，空三加密點(diǎn)的位置、密度、每張影像的相對(duì)位置以及所覆蓋的范圍方位角等信息。

2.3三維建模

Smart3d三維建模分為模型生成、模型貼圖兩個(gè)步驟。

2.3.1模型生成

經(jīng)過(guò)空三解算后，通過(guò)密集匹配獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)量很大，為后續(xù)數(shù)據(jù)處理帶來(lái)困難，需要對(duì)其進(jìn)行切塊分割處理，軟件根據(jù)設(shè)置的計(jì)算機(jī)內(nèi)存數(shù)值將建模項(xiàng)目分割成若干個(gè)瓦片，各瓦片可以在Reference 3D Model預(yù)覽。進(jìn)一步，軟件按照預(yù)設(shè)的優(yōu)先等級(jí)對(duì)切塊的密集點(diǎn)云構(gòu)建三維TIN網(wǎng)格，并生成三維白體模型。

2.3.3模型貼圖

白體模型生成后，還需對(duì)模型建立貼圖。軟件根據(jù)空三解算得到的影像位置信息，自動(dòng)將位置信息與紋理信息相匹配，并將影像紋理貼附在對(duì)應(yīng)位置的三維模型面上，最后生成逼真的三維實(shí)景模型。

3 Smart3d建模應(yīng)注意的問(wèn)題

3.1空三失敗的處理

空三處理是Smart3D三維實(shí)景建模的關(guān)鍵步驟，空三處理后，必須對(duì)其解算狀況進(jìn)行檢查，只有結(jié)果符合要求方可進(jìn)行下一步。由于影像架次多、數(shù)據(jù)量大、質(zhì)量差、重疊率低等原因，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)空三解算不出正確結(jié)果的情況，對(duì)此必須采取措施加以解決。

方法一：可以多次進(jìn)行空三解算，如若仍未成功，可刪除一些質(zhì)量較差、姿態(tài)較差的影像后，再次進(jìn)行空三解算。

方法二：將空三失敗Block的空三結(jié)果以XML格式導(dǎo)出，提取其中的影像姿態(tài)數(shù)據(jù)，更新原始POS數(shù)據(jù)，導(dǎo)入相應(yīng)的Block后，再次進(jìn)行空三解算。對(duì)多架次的不同高度的影像而言，按照架次創(chuàng)建多個(gè)Block，分別導(dǎo)入影像后進(jìn)行空三解算，然后再創(chuàng)建一個(gè)Block，導(dǎo)入所有影像，并與各架次解算出來(lái)的影像位置及姿態(tài)信息融合起來(lái)，再次進(jìn)行空三處理。

3.2模型失真的處理

Smart3D生成三維模型后，可能會(huì)出現(xiàn)由于影像數(shù)量不足、質(zhì)量差、重疊率低等導(dǎo)致的三維模型紋理缺失現(xiàn)象，也可能會(huì)出現(xiàn)由于大面積水域（湖泊、河流）或光滑玻璃建筑物所造成的空洞、扭曲變形現(xiàn)象。

對(duì)于第一種紋理缺失的現(xiàn)象，可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)外業(yè)補(bǔ)拍的形式，重新進(jìn)行空三解算并重新建模。如果以分割切塊的形式建模，要在補(bǔ)拍區(qū)域所處的瓦片邊緣加入像控點(diǎn)后，再進(jìn)行空三解算，以便與原相鄰?fù)咂玫你暯印?/p>

對(duì)于第二種空洞、扭曲變形的現(xiàn)象，則可利用相關(guān)修模軟件修復(fù)，如3DMax、Meshmixer、PhotoMesh等。若模型的變形比較大時(shí)，修模軟件簡(jiǎn)單修整無(wú)法滿(mǎn)足要求，則需要進(jìn)行局部重建。

3.3多模型的合并處理

相鄰區(qū)域的模型分多次建模后的一起展示，或同一區(qū)域因數(shù)據(jù)量大而分塊空三建模時(shí)，都需要通過(guò)模型的合并處理來(lái)輸出一個(gè)完整的成果。

Smart3D生成的模型只要坐標(biāo)原點(diǎn)一致且分塊大小一致則可直接合并。具體方法有：一是在導(dǎo)出模型時(shí)，設(shè)置相同的bounds后，將導(dǎo)出的模型直接合并文件夾;二是對(duì)已經(jīng)生成好的osgb模型文件，修改模型的坐標(biāo)原點(diǎn)，確保所有模型頂點(diǎn)坐標(biāo)都是相對(duì)坐標(biāo)原點(diǎn)的，然后合并模型文件;三是直接使用lsv加載影像數(shù)據(jù)，則可展示合并后的效果。以上合并處理需要注意接邊問(wèn)題，為保證合并效果，要求分塊處理時(shí)每一塊都要包含一定數(shù)量的像控點(diǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

三維實(shí)景建模技術(shù)建立三維實(shí)景模型，具有高逼真、高精度的優(yōu)勢(shì)，已愈來(lái)愈廣泛應(yīng)用于各行業(yè)。本文深入探討了利用Smart3D構(gòu)建三維實(shí)景模型的流程和方法，并結(jié)合自身實(shí)踐體會(huì)，針對(duì)空三失敗、模型失真等問(wèn)題，提出了具體解決辦法，為從事相關(guān)工作的同行提供了很好的參考借鑒。

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